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【中金科技】汽车电子:CES 2022绘就汽车科技蓝图

摘要

2022年1月5-7日,美国拉斯维加斯消费电子展(CES 2022)重回线下。尽管受疫情影响,微软、谷歌、AMD、英特尔等近50家公司退出线下展览环节,选择网络直播方式参会,仍有超过2200家参展商亲临会场,其中汽车参展商超过200家,同比增长约20%,创历史新高。

我们观察到,汽车科技是本届CES的重要战场之一,整车厂与Tier1、科技企业协同下,各种前沿技术与创新产品迭出,汽车智能化、网联化持续升温1)智能驾驶:感知层的升级主要聚焦于激光雷达产品,新产品覆盖长中短距,整机厂对MEMS技术的青睐度提升;决策层各大芯片厂商角逐高算力,跨域融合概念“出镜率”提升。2)智能座舱:以大陆ShyTech、松下AR-HUD 2.0为代表的座舱产品进一步通过创新提升驾驶体验。

激光雷达新品集中亮相,装车量产在即。今年CES会上,众多激光雷达制造商发布新品,如速腾聚创的128线机械式激光雷达RS-Ruby Plus和32线RS-Helios、法雷奥的MEMS激光雷达和NFL、图达通的Robin、大陆的HRL131等,产品覆盖长短距。我们观察到新品中MEMS方案的占比有所提升,预计其有望成为中期激光雷达产品的主流方案。我们预计未来随着低成本设计方案进一步成熟,高级别自动驾驶渗透率提升带动规模效应显现,激光雷达价格有望进一步下探。

自动驾驶芯片厂商前瞻部署高算力。自动驾驶等级增长带动ADAS算力需求指数级提升,我们认为硬件预埋趋势下,芯片厂商致力于提升高算力SOC的“硬实力”。本次CES中,Mobileye全球首发EyeQ Ultra系统集成芯片,算力为176TOPS,公司预计于2025年实现车规级量产。英伟达、高通分别基于Orin和Snapdragon Ride推出新的平台型方案。

座舱智能化趋势继续,车内体验不断升级。座舱的智能化、舒适化、差异化已成为整车厂商、Tier1和用户的共同追求。今年CES大会上,德赛、丰田、沃尔沃等品牌携手高通数字座舱平台,推出下一代车内解决方案。此外,ShyTech显示屏、AR-HUD等产品推陈出新,座舱领域创新空间仍广阔。

风险

汽车智能化发展不及预期,激光雷达量产进度不及预期。

正文

智能驾驶:CES 2022擘划高级别自动驾驶发展蓝图

“缺芯”阴影下,L2等级智能驾驶搭载率仍保持向上态势。根据高工智能汽车数据,2021年前11月前装L2级别ADAS新车上险量累计为338.51万辆,较2020年同期增长78.33%;L2级别ADAS渗透率累计达到18.61%,6-11月L2当月渗透率均超过20%。我们认为,虽然2021年汽车行业遭遇缺芯问题交付受限,但是智能化趋势受供应链扰动影响较小。

站在L2向L3+级别智能驾驶升级的档口上,CES 2022为我们描绘了未来更高级别自动驾驶的蓝图。2020年6月联合国通过了“UN-R157法规”,是全球首个针对L3级别智能驾驶、具有约束力的国际法规。2021年12月德国联邦机动车运输管理局(KBA)落地该法规,奔驰成为全球首家被允许量产L3级别自动驾驶的车企,其旗下S级、EQS两款车型将率先搭载L3级别自动驾驶上市。我们认为,政策意义上L3车型“上路”,意味着自动驾驶级别从应用侧迎来了实质性升级。在今年的CES展会中,我们关注到以激光雷达为代表的传感器技术和决策层的SoC技术同步跃迁。

图表:ADAS升级进程

资料来源:盖世汽研,中金公司研究部

图表:2021年L2级别ADAS当月渗透率不断上升

资料来源:高工智能汽车,中金公司研究部

图表:技术意义上,全球主要车企各级别自动驾驶量产时间表

资料来源:佐思汽研,中金公司研究部

感知层:激光雷达陆续装车量产,MEMS技术路径逐渐清晰

激光雷达是自动驾驶最后一块拼图,L3+高等级自动驾驶标配激光雷达成为业内共识。激光的频率可达100,000GHz以上,比毫米波高出3-4个数量级,其波长为微米乃至纳米级别,这意味着激光雷达在距离、角度、速度等测量上可以实现较高的分辨率,借此可实现对周围物理环境的三维立体成像,精度优势显著。伴随智能驾驶级别提升,需要不同种类的传感器达成冗余、相互配合,我们认为L3及以上高级别自动驾驶而言,激光雷达具备不可替代性。

搭载激光雷达的量产车型将于2021至2023年密集上市。2020年以前,全球唯一一款搭载激光雷达的量产车型是2017年发布的奥迪A8,其搭载的激光雷达品牌为转镜式的Valeo Scala。此后由于L3+高等级自动驾驶进展缓慢,激光雷达“上车”出现断层。2021年开始,激光雷达再次成为车企标榜智能化的卖点。

图表:部分搭载激光雷达车型交付时间表

资料来源:佐思汽研,盖世汽研,半导体行业观察,广州车展,中金公司研究部

激光雷达价格下探,助推渗透。激光雷达由发射模块、接收模块、扫描模块以及处理模块构成,依赖精密制造和高端元器件,前期研发投入较大、生产制造成本高昂。结合我们的草根调研,我们预计当前可量产激光雷达的出厂价已下探至1,000美元。我们认为,随着各路厂商入局,行业竞争促使厂商通过技术进步探寻更低成本方案,同时叠加高级别自动驾驶渗透率提升、规模量产条件逐渐成熟,将推动激光雷达价格向下。2020年8月,第十二届汽车蓝皮书论坛上,时任华为智能汽车BU总裁王军表示,未来计划将激光雷达成本降至200美元,甚至100美元 。上游核心器件的成本下降也有望带动整机环节的成本降低,2021年9月,索尼发布首款激光雷达传感器芯片IMX459,价格约合人民币835元。

图表:部分激光雷达型号销售价格(截至2021年)

资料来源:半导体行业观察,中金公司研究部

图表:激光雷达价格趋势

资料来源:Livox官网,中金公司研究部

CES 2022:各大激光雷达公司在去年基础上持续发布重磅新品,包括速腾聚创的RS-Ruby Plus、法雷奥的第三代激光雷达、图达通的Robin等,产品覆盖长短距,且我们观察到今年亮相的激光雷达中MEMS占比有所提升,我们认为MEMS已逐渐成为当前市场上的主流方案。

►     速腾聚创:全新款128线机械式激光雷达RS-Ruby Plus完成全球首秀。速腾聚创RS-LiDAR-M1是目前全球领先的实现前装车规量产交付的MEMS激光雷达,在2019和2020年连续两年荣获CES创新奖,今年一经展出再度成为展会焦点。根据公司官网,M1现已获得广汽埃安、威马、北汽、比亚迪等众多品牌的前装定点合作。今年CES上,速腾还公布了新品128线机械式激光雷达RS-Ruby Plus,根据公司官网,其体积、重量均较上一代产品减少50%以上,功耗从45W将至27W,最远探测距离超过250米,垂直角分辨率达到0.1°。此外,新一代定制化32线机械式激光雷达RS-Helios-5515也首次亮相海外,应用场景涵盖机器人、智能驾驶车辆、高精度地图等。

图表:速腾聚创MEMS激光雷达RS-LiDAR-M1

资料来源:公司官网,中金公司研究部

图表:速腾聚创亮相CES 2022的多款产品

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

►     法雷奥:第三代固态激光雷达成功出炉。法雷奥过去几代激光雷达Valeo scala均采用转镜方案,在今年CES上公开亮相的第三代激光雷达首次转向MEMS技术。该款产品能够以每秒450万像素和25帧的速度重建车身周围的实时3D图像,探测距离远至 200米,突破了905nm光源MEMS激光雷达的测距极限,垂直视场角较上一代产品提高2.5倍,预计将于2024年上市。除此之外,近距离激光雷达——法雷奥NFL也在CES上一并展出,法雷奥NFL可以360度显示近场视野,在车辆四周形成“安全包围”。

图表:法雷奥第三代激光雷达将于2024年上市

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

图表:法雷奥NFL近距激光雷达

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

►     图达通:超远距猎鹰即将量产,中短距Robin首次亮相。图达通此次展出的猎鹰(Falcon)是一款使用1550nm光源+TOF方案的MEMS激光雷达,其探测距离最远可达500米,具有120°水平视角。猎鹰即将实现在蔚来ET7上的量产装车,计划于今年一季度正式交付。配合长距,公司在本次展会上推出高度仅35mm的中短距激光雷达Robin,两者同步搭载将实现超远探测距离与360°全方位覆盖的完美结合。公司CEO在展会上称,公司的工业化先进产线已建设完毕,2022年实现量产后,激光雷达年产能可达10万台,且有望稳步扩张。

图表:图达通超远距激光雷达猎鹰即将量产

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

图表:图达通Robin与iPhone11尺寸对比

资料来源:汽车之心,中金公司研究部


►     除上述厂商,大陆集团也与AEye合作展出基于MEMS的HRL131长距激光雷达,预计将于2024年批量投产,适用于L3和L4自动驾驶解决方案;老牌激光雷达制造商Velodyne在展会上亦亮相多款激光雷达新品,如Velodyne Alpha Prime、Velarray H800、Velarray M1600等。

决策层:硬件预埋,提前承接更高等级自动驾驶算力需求

传统分布式架构下,由于ECU之间协调性较差,功能的增加需要依靠ECU与相关线束“叠罗汉式”堆叠而实现,汽车重量将难以避免地上升,驱动整车架构向集中化方向演进,集成度更高的SoC芯片与基于SoC芯片所构建的域控制器成为这一阶段的新增需求。但市场对更高级自动驾驶功能的美好期待,与汽车生命周期达十年之久之间存在矛盾,使得“硬件预埋、软件预研”成为当前的主要特征。芯片方面的具体表现是:车企往往提前搭载具备更高算力的SoC芯片,以承接未来功能迭代对算力的更高要求。

根据地平线预测,L2级别自动驾驶2TOPS算力便可满足要求,L3-L5级别自动驾驶对算力要求分别达到20TOPS、400TOPS、4000TOPS。当前虽处L2向L3升级的过渡阶段,但已经存在能满足L4级别ADAS算力的计算平台(如华为MDC 810)。我们认为高级别自动驾驶的硬件预埋已是主流趋势,各企业正在展开激烈的竞逐。

图表:部分车企自动驾驶芯片方案一览

资料来源:各公司官网,中金公司研究部

CES 2022:在本届CES展会上,众多芯片厂商如英伟达、高通、Mobileye等展开技术角力,前瞻部署L4级别及以上的自动驾驶算力需求。

►     英伟达:英伟达发布DRIVE Hyperion 8自动驾驶平台,该平台搭载了两颗Orin芯片(一颗用于自动驾驶,一颗用于智能座舱),每颗算力254TOPS,支持12颗摄像头、9个毫米波、12颗超声波雷达和1颗激光雷达。在今年CES会上,图森未来宣布与英伟达成为深度合作伙伴,将共同设计开发搭载英伟达最新一代系统级芯片DRIVE Orin的无人驾驶域控制器,适用于L4级无人驾驶卡车场景。

►    高通:高通与沃尔沃、本田和雷诺等传统汽车厂商达成汽车芯片供应协议,其中沃尔沃、北斗星和本田将在未来发布的新车型上搭载Snapdragon Cockpit芯片。此外,高通在会上还展出了最新的组合产品——Snapdragon Ride视觉系统,预计将搭载于2024年量产的汽车中面市。Snapdragon Ride视觉系统集成了4纳米制程的高性能Snapdragon Ride SoC和Arriver的一站式视觉感知软件栈,提供多项计算功能以增强对车辆周围环境的感知,可以满足任何级别的驾驶需求。

图表:英伟达DRIVE Hyperion 8自动驾驶平台

资料来源:公司官网,中金公司研究部

图表:高通Snapdragon Ride视觉系统

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

►    Mobileye进军高算力:Mobileye在今年CES上推出其迄今为止最先进、性能最强的系统集成芯片EyeQ Ultra。这款芯片基于第七代EyeQ芯片技术架构打造,算力为176TOPS,公司预计可满足L4自动驾驶的多数场景,有望于2023年底开始供货,并在2025年实现车规级量产。在此基础上,公司与大众集团、福特和吉利旗下的极氪均达成战略合作,并计划与极氪共同开发L4级面向消费市场的纯电动汽车,公司预期新车将在2024年上市。

图表:Mobileye系统集成芯片EyeQ Ultra

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

图表:Mobileye与极氪合作开发消费级自动驾驶车

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

智能座舱:车内体验需求升级,座舱智能化确定性高

随着汽车电子电气架构(E/E架构)从传统分布式处理逐步走向集中化、云化,车内体验也同步发生变革,智能化、舒适化、差异化成为汽车制造商、Tier1和用户的共同追求,智能座舱也已成为驾乘者与车辆首要的交互界面。

德赛、丰田、沃尔沃等厂商携手高通,打造顶级智能座舱体验。在今年CES上,德赛西威宣布将基于高通第4代骁龙数字座舱平台方案(2021年1月发布)共同打造德赛第4代智能座舱系统,该系统可支持多屏联动、AR等先进技术,将改变传统汽车座舱单模的交互方式,多维度融合视觉感知、语音感知以及交互行为,实现智能化、场景化的多模态沉浸式体验。丰田和沃尔沃集团也宣布将基于高通第3代骁龙数字座舱平台打造技术领先的车载信息影音系统,赋能即将推出的车型,优化用户车内体验。

图表:高通骁龙数字底盘助力汽车制造商和一级供应商打造差异化体验

资料来源:公司官网,中金公司研究部

显示屏:多屏化、大屏化、多功能化趋势发展

车载显示屏是“人车交互”的重要接口,我们认为有望率先迎来升级需求。智能座舱将雷达、传感器等装置收集到的信息实时投射于车载显示屏,同时乘员可通过触控、手势或语音等方式与汽车实现交互,车载显示屏在其间扮演交互媒介的角色。为满足副驾、后座对信息娱乐的需求,充分体现座舱时尚与科技感,车载显示屏向多屏化、大屏化、高清化方向发展,现已成为各大车型宣传座舱智能化的主要卖点之一。

图表:中国车载显示屏尺寸趋势:向大屏化方向发展

资料来源:Omdia,中金公司研究部

图表:车载显示屏分辨率趋势:向高清化方向发展

资料来源:IHS Markit,中金公司研究部;注:数据为IHS Markit预测

图表:部分车型车载显示屏尺寸与分辨率情况(截至2021年)

资料来源:佐思汽研,中金公司研究部

今年CES展会上,大陆集团的可切换专属显示屏和ShyTech显示屏均入选车载娱乐及安全品类奖。1)可切换专属显示屏通过两个独特的背光源及切换不同的照明模式,可实现在不分散驾驶员注意力的同时为前排乘客提供车载娱乐活动。在私人模式下,高度定向背光使得显示屏上的内容仅乘客可见;共享模式下则驾驶员和乘客均可获得屏幕内容。2)ShyTech显示屏支持按需交互,能够在不影响屏的高级功能的情况下“化繁为简”,将由按钮、灯光和开关组成的控制面板隐藏,过滤冗余信息,在为驾驶员提供主要功能的同时提高出行安全性。

图表:大陆集团车载可切换专属显示屏

资料来源:公司官网,中金公司研究部

图表:大陆集团ShyTech显示屏

资料来源:公司官网,中金公司研究部

HUD抬头显示:AR-HUD进一步渗透,增强型驾驶市场可期

HUD(Head Up Display,抬头显示)的工作原理是将行车相关信息投射到驾驶员前方的透明介质上,如此可以帮助驾驶员在不低头的情况下同时兼顾路况、仪表盘、导航等重要信息。根据透明介质以及投射信息的不同,HUD可分为C-HUD、W-HUD和AR-HUD三类。

图表:三类HUD的异同

资料来源:佐思汽研,中金公司研究部

当前市场以W-HUD为主,1H21国内市场W-HUD方案占比达到91%(高工数据),是当前的主流方案。我们认为AR-HUD较W-HUD,信息量、可读性、交互性都更具优势,未来放量可期,虽尚未占据主流,但1H21实现销量突破,国内搭载量5727辆;据盖世汽研预测,至2025年AR-HUD前装市场渗透率有望提升至15%。

AR-HUD方案率先在合资品牌中应用,目前在自主品牌中快速推广。2020年奔驰S级轿车和大众ID系列纯电动车率先实现量产搭载AR-HUD,分别由日本精机和LG提供。值得关注的是,长城、吉利、红旗等销量领先的自主品牌,也在稳步推进AR-HUD的部署计划。2021年1月初,长城WEY摩卡发布,成为自主品牌中率先前装量产AR-HUD的车型。

图表:2020-25年乘用车HUD前装市场渗透率预测

资料来源:盖世汽研,中金公司研究部

图表:发布AR-HUD的车型

资料来源:智能汽车俱乐部,中金公司研究部

松下AR-HUD产品迭代升级,眼球追踪提高图像临场感。在本届CES展会上,松下推出了具备眼球追踪功能的AR-HUD 2.0系统。该系统基于ETS(增强传输选择)技术,由AR-HUD和红外摄像头组成,可以灵活、精确地识别驾驶员的头部位置和头部运动,动态调整和补偿视野中的图像,适用于驾驶员任何角度的观测使用。

AR显示技术与挡风玻璃结合,实现增强型驾驶。在今年CES上,EyeLights和AGC联手打造了AR前挡风玻璃。AGC将挡风玻璃转变为虚拟屏幕,再由EyeLights操作系统提供动力,通过计算机视觉和人工智能实现增强型驾驶。挡风玻璃提供了最大的虚拟屏幕尺寸,可以显示距离驾驶员50米开外的投影距离。结合这项技术,驾驶员可以直接观察到自身及视野内车辆的车速与导航路线,提高其驾驶体验与安全性。

图表:松下发布具有眼球追踪功能的AR-HUD 2.0

资料来源:CES 2022,中金公司研究部

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